Диффузия и механизмы растворимости примесей (цинка, индия) в твердых растворах теллурида свинца-теллурида олова тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

С 1 ' Т'\.

-О ' ч' ■

СА1ПСГ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ'

На правах рукописи

Чу Чор

ЩШШ И МЕХАНИЗМЫ РАСТВОРИМОСТИ ПРИМЕСЕЙ (ЦИНКА, ИНДИЯ) В ТВЕРДЫХ РАСТЮРАХ ТЕПЛУБ1ДА СВИНЦА - ТЕЛЛУНЩА ОЛОВА

Сшшиалькость: 01.04.10 - физика полупроводников

и диэлектриков

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико - математических наук

Санкт-Петербург -1992

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете.

• Научный руководитель -

доктор технических наук профессор Таиров Ю.М.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук профессор Косогов О.В. кандидат физико-математических наук Савельев В.Д.

Ведущая организация - НИИ ГИРИКОВД

Защита диссертации состоится "1-2. " Но9 Л ' 1992^ г в 13 чао. на заседании специализированного совета К 063.36.10 Санкт-Петербургского Государственного электротехнического Университета по адресу: 197376, Санкт-Петербург ул. Проф.Попова, 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан "23

1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета'

Окуне в Ю.Т.

оссиЯская ; '

ИБЛИОТЕКА - I -

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

. Актуальность_теш. Указанные твердив растворы .теллурида 2винца-теллурцда олова являются перспективными материалами щя создания приемников и источников ИК-излучения, а.также . термоэлектрических устройств, ячеек памяти и других приборов. Электрофизические и оптические свойства нелегировакных крис-= галлов теллурида свинца-теляурида олова,как известно, определяются наличием электрически активных собственных точечных цефектов структуры, связанных с отклонением состава ^ от зтехиометрического. После выращивания твердые растворы теллурида свинца - теллурида олова обладают высокой концентрацией дырок (>10^5 м-3), а для создания приборов, как правило, необходим материал с низкой концентрацией носителей заряда. Снижение концентрации носителей заряда и получение материала . п-типа электропроводности, а также р-п-переходов, осуществляется как путем введения собственных металлических компонентов (свинца и олова), так и с помощью легирования донорными примесями.

•Наиболее, перспективными пршесями для легирования твердых растворов теллурида свинца - теллурида олова яаляктся элементы второй и третьей групп Периодической системы Д.И.Менделеева. Из них наиболее широко используется индий,кадмий и цинк.

Специфика легирования фаз переменного состава заключается в том, что физические свойства и структура легированных кристаллов определяются не только примесными атомами, но и собственными точечными дефектами и взаимодействием их меиду собой. Характер взаимодействия всех видов точечных дефектов зависит от типа и концентрации собственных дефектов, структурных позиций и зарядового состояния примесей, температуры, а тапке от кинетики процессов легирования, т.е. включает в себя много аспектов, без рассмотрения которых но представляется возможным создание воспроизводим!« технологических методов Синтеза легированных твердых растворов к структур на их основе.

.Имеющиеся ; литературе сведения о иллинии собственных точечных дефектов на растворимость и механпз-ш внедрит донор-ных примесей (индия, цинка), а тагяе на оьо.чугт логнгор/П'Т'х

кристаллов крайне ограничены.- В первую очередь, это относится к такому уровню легирования, при котором концентрации примеси • соизмеримы,или меньше . концентраций собственных точечных дефектов.

Данные разных авторов о коэффициентах диффузии донорных примесей (ивдия, цинкаХ необходимые для однородного диффузион ного легирования или создания диффузионных р-п-структур с заданными параметрами, не коррелируют между собой. Это связано с тем,что диффузия примеоей происходит при непосредственном участии собственных дефектов. Систематические исследования влияния последних на процесс диффузии примесей отсутствуют.

Цель_работы состояла в исследовании основных закономерностей диффузионного легирования твердых растворов теллурида свинца - теллурида олова индием и цинком из газовой фазы, а-также установлении механизмов растворимости и диффузии прийе-сей с учетом взаимодейотвия их о собственными точечными дефектами структуры. .....

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Установлены физико-химические закономерности измене-, ния электрофизических и отруктурных свойств твердых растворов туллурида овинца - теллурида олова в- зависимости от давления пара примеоей, концентрации электрически активных собственных точечных дефектов кристаллической решетки и температуры про-цеооа при легировании цинком и индием из газовой фазы.

2. Установлены механизмы растворимости примеоей (цинка, индия) в твердых раотворах теллурида овинца - теллурида олова и характер изменения их в зависимости от концентрации ооновнь видов собственных точечных дефектов и уровня легирования.

3. С использованием экспериментальных зависимостей концентрации носителей заряда от давления пара примеоей (цинка, индия)рассчитаны конотанты равновесия, характеризующие процес сы взаимодействия собственных и примесных точечных дефектов. о участием газовой фазы. Получены количественные соотношения, однозначно связывание между собой термодинамические условия легирования, концентрации носителей заряда и дефектов в крис таллах твердых растворов.

4. Показано, что при определенных соотношениях концентрация кидля и собственных точечных дефектов в кристаллах

твердых растворов теллурида свинца - теллурида олова 0с=0,18) имеет место концентрационный фазовый переход. Концентрационный переход обусловлен изменением структурных позиций индия, его зарядового состояния и изменением характера химической связи между атомами индия и теллура.

5. С использованием двух независимых методов (рентгено-спектрадьного микроанализа и термозондового) изучена диффузия примесей (цинка и индия) из газовой фазы в монокристаллы твердых растворов теллурида свинца - теллурида олова (X- 0,05-.. 0,20) в широком диапазоне температур в зависимости от давлений пара примеси и собственных точечных дефектов структуры.

Обнаружена быстрая и медленная диффузия примесей (цинка, . индия) в кристаллы твердого раствора. Определены температурные зависимости эффективных коэффициентов быстрой и медленной диффузии примесей. Получена зависимость эффективного коэффициента диффузии примесей от концентрации носителей заряда.

6. Установлены механизмы диффузии примесей и связь их с преобладающими типами точечных дефектов. Показано, что механизмы диффузии примесей и абсолютные значения коэффициентов диффузий ' цинка, индия , находящихся в электрически активном состоянии, определяются соотношением концентраций точечных дефектов донорного и акцепторного типов и не зависят от того, чем это соотношение обусловлено; отклонением состава от сто-хиометрического или атомагли примеси.

Практическая_значшость работы^

■ I. Разработаны научные основы и методика легирования твердых растворов теллурида свинца - теллурида олова цинком и индием из газовой фазы, позволяющие воспроизводимо упрашшть свойствами твердых растворов в широких пределах, в том числе изменять концентрацию носителей заряда в диапазонах р=5.1022 ... 2.I025 и п=2.ГО22... 5.I024 м~3.

2. Полученные в работе концентрационные и температурные зависимости коэффициентов диффузии цинка и индия позволяют проводить математическое моделирование технологических процессов диффузионного легирования твердых растворов с целью получения как однородно легированных образцов, так и затэнного распределения электрически активных атомов пр/месеМ (пинка,индия) в них, в том числе р-п-переходов.

3. На основании сопоставления результатов двух независимых методов анализа (прямого метода ректгеноспекгрального микроанализа и косвенного - термозондового) показана возможность использования электрофизических методов для оценки абсолютных концентраций индия в кристаллах твердых растворов р-типа проводимости и цинка в 1фисталлах р- и п-типов. Приведена методике, раочета концентраций примесей.

0сновные_научнне_падоже1отлА выносимые нг.защкт^: ■.

1. Механизма растворимости примесей (цинка, индия) в твердых растворах теллурида свинца - теллурида олова зависят от. типа и концентрации преобладающих собственных точечных дефектов, обусловленных отклонением состава кристаллов от ствхио-метричеокого, и от уровня легирования. В области концентраций примеси, соизмеримых (или меньше) концентрации небтезшомеци-ческих вакансий для индия и пинка реализуется один и тот же..' механизм раотворэния - заполнение вакансий металлической под-решетки твердых растворов. При заполнении вакантных узлов' примесные атомы проявляют ту же валентность, что и собственные металлические компоненты. Механизм растворения примесей различной ' химической природы отличается только при концентрациях. . принеси, превышающих концентрацию неотехиометрических вакансий и приводя®,их к инверсии типа проводимости материала. .

2. Растворимость примесей зависит не только от активиооти ее в газовой фазе, но и от концентрации собственных точечных, дефектов, овязанных о отклонением ооотава кристаллов от отехи-ометрачеокого. Раотворимость причзоей металлической природы возрастает о увеличением концентрации неотехиометрических ва-каноий металлической подрешэтки.

3. Механизм диффузии и абоолтныз значения коэффициентов диффузии индия и цинка в твердые растворы теллурида свинца-, теллурада олоза изменяются в зависимости от соотношения между концентрациями точечных дефектов донорного и акцепторного.ти-прз и из эявио т от того, чэп ото соотноаинио обусловлено:от-кюнеш'ем соотааа от стсхлометр'лчоского или уровнем легирования.

результатов Осногн^е результаты рабо-

ты пскладкгкл'лсь из: 71 Ц:2со»?ном снулоз^уме "Полупроводгшгл

- б -

о узкой запрещенной зоной и.подуметзллы" (Львов, 1991 г.); Первой национальной конференции "Дефекты в полупроводниках" (Санкт-Петербург, 1992 г.).

Публикации^ По тема диссертации опубликованы 3 печатные работы.

Ст£уктщ| и объем диссертации: Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой ллгератур;, включающего 93 наименований. Основная часть работы изложена на 131 страницах машинописного текста. Работа содержит 6 таЗлиц, 42 рисунка.

СОДЕРШИВ РАБОТЫ

• Вс_введеш13 дано обоснование актуальности теш диссертации, сформулировали цель и &адачи работы, изложены научная новизна и Практическая ценность результатов.

В первой_главо приведены основные сведения о свойствах твердых растворов теллурвда свинца - теллурада олова, а ттжо имеющиеся данные о легировании указанных твердых растворов примесями.

Показано, что фигико-химическиэ свойства твердых растворов (Р6|-х 2п'х)|-а7ё^изУ,1бНЫ к настоящему времени достаточно полно. Рассмотрены особенности фазовых равновесий в системе Р6-£п-Те • состав газовой фазы над твердыми раствора!« теч-лурида свинца - теллурида олова, характеристика их зонной структуры и алектрофизических свойств. •

Отмечается, что твердые растворы теллурвда свинца - теллурада олова кристаллизуются о образованием атомных дефектов, обусловленных отклонением состава от стехиомегрического. Монокристаллы, выращенные из газовой фазы, характеризуются наиболее высокой степенью структурного совершенства.

Анализ работ, посвяшенных исследованию поведения собственных точечных дефектов кристаллической решетки твердых раство-. ров (Р6)-х 5пх Те у- В пределах области гомогенности, показал, что преобладающими типами собственных точечных дефектов структуры являются вакансии з металлической подрешетке, играк>-шие роль акцепторов, и атомы свинца и олова в междоузлиях, являющиеся доноршгми центрами. Приведены данные по ме голам ^травления концентрацией точечных дефектов.

Основными примесями, использующимися для снижения концентрации носителей заряда и получения р-п-структур, являются • элементы П и Ш групп Периодической системы. К числу перспективных примесей с точки зрения создания фотоприемников с высокой чувствительностью относятся цинк и индий.

Проведен анализ работ по методам легирования твердых растворов теллурвда свинца - теллурида олова. Показано, что наиболее перспективными с точки зрения управления свойства-ли материала являются газофазные методы легирования. Они позволяют, варьируя большим числом термбдинамических параметров системы (температурой, давлениями пара собственных и примесных компонентов) , воспроизводимо изменять свойства материала в широких диапазонах.

Показано, что легирование твердых' растворов индийм в большинстве работ осуществляется при выращивании монокристаллов*^ эпитаксиальных слоев из жидкой фазы или используется метод порошковой металлургии. В литературе имеется мало данных по легированию цинком халькогенвдов свинца. Вопросы о.взаимодействии примесей с собственными точечными дефектами структур! и о влиянии последних на механизмы вхождения цинка и индия, на свойства легированных твердых растворов, практически не обсуждались. Таким образом, на основании данных литературы не представляется возможным выбрать условия легирования для получения материала с заданными свойствами.

Сведения о диффузии цинка в халькогениды свинца в литературе отсутствуют. Результаты работ по исследованию процессов дис[фузии индия 'растлятся как по абсолютным значениям коэффициентов диффузии, так и по энергиям активации процесса. При изучении диффузии индия не учитывалось влияние собственных точечных дефектов, сведения о механизмах диффузии индия в твердых растворах (РБ|-х £>п у )|-»Теч противоречивы. Отсутствие однозначных данных о коэффициентах диффузии примесей, их температурных и концентрационных зависимостях сдергивает развитие технологических методов получения диффузионных р-п-струкгур с заданны!,п параметрами.

На основании анализа литературных данных с:Т<?шулирорэ.на цель и поставлены основные задачи работы.

Во_вто£ой главе приводится краткое описаете используемых экспериментальных методов легирования и исследования твердых растворов теллурида свинш - теллурида олова. Основное внимание уделено применению локальных методов анализа, позволяющих определять распределение примесей и собственных точечных дефектов структуры по глубине образцов.

Определение состава X кристаллов твердых растворов осуществляли путем измерения периода идентичности кристаллической решетки на рентгендифрактометре. ДР0Н-2. Степень однородности монокристаллов по составу и распределение примесей (индия) по глубине образцов определяли с помощью рентгеноспекграяьного микроанализа на устаковле мз -46 фирмы " (Затеса".

Концентрацию и подвижность носителей заряда в материале измеряли методом эффекта Хйлла при температурах от 77 К до 300 К.

Для оценки концентрации носителей заряда в локальных областях кристаллов и измерения диффузионных профилей применяли . термозондовый метод. Метод основан на использовании корреляционной зависимости коэффициента термо-ЭДС, измеренного при 300 К, от холловской концентрации носителей заряда в однородно легированных кристаллах, измеренной при 77 К. Для легированного твердого раствора использованы корреляционные зависимости, полученные в данной работе для каждой примеси в отдельности.

В третьей главе представлены результаты исследования электрофизических свойств и структурчых характеристик твердых растворов теллурида свинца - теллурида олова, легированных цинком и индием в зависимости от условий легирования: тегшератури,давления пара примесей, отклонения состава кристаллов от стеАто-метрического. Проведей термодинамический анализ процессов образования и взаимодействия собственных и примесных дефектов при участии газовой фазы. Определены механизмы вхождения прк-есей в решетку твердого раствора теллурида свинца - теллурида олова и связь их с условиями легирования. Установлены основные физико-химические закономерности изменения электрофизических и структурных свойств при легировании тверда* растворов ¡тонком и индием из газовой ¡*азы.

Легирование кристаллов ( Р6|-х Ь'п х ) I-^ Те ц. оо;; ■зстплял:? в области темпе г ату р г>33г-873 К путем <г::уптрл'м пгт.чгя / ''нг;тт

из газовой фазы. Последовали твердые растворы составах =0,18, что обусловлено диапазоном требуемых значений ширины запрещенной зоны кристалла для обеспечения заданной спектральной области его использования. '

Приведено обоснование методики легирования кристаллов, обеспечивающей дачный термодинамический контроля, состава газовой фазы в системе. Управление составом у тверди* растворов (рЬ|-х осуществляли о помощью задания давлений

пара собственных металлических компонентов. Степенью легиадий^ пня материала управляли путем изменения давлений пара примеси в система. Предложенная методика легирования обеопечивает установление в системе полного термодинамического равновесия кристаллов с газовой фазой и воспроизводимость технологического процесса.

На однородно легированных образцах получены зависимости концентрацгш носителей заряда и коэффициента термо-ЭДС! от давлений пара цинка к индия для различных температур диффузии и давления пара собственных металлических компонентов, с таюкп измерены подвижности свободных нооителей заряда.

Установлено, что характер изменения концентрации носите-лэй заряда в кристаллах твердого раствора при введении цинка и индия одинаков ь области концентраций примеси, соответствующих р-типу проводимости легированного материала. Введение йркмеои в малых концентрациях приводит к снижению концентрации днрок в кристаллах и инверсии типа электропроводности. При дальнейшем увеличении содержания цинка наблвдаегся рост электронов вплоть до границы области его растворимости и твердом раствора. При легировании индием концентрация электронов изменяется незначительно и стабилизируется на уровне п = ЗЛО22 м"а. Онре-делзны диапазон давлений пара примооей^Б пределах которых можно управлять концентрацией носителей заряда от р=2Л0 м"3 до п-2.1023 м-3 (для индия) и п=5.Ю24 м"3 (для цинка), а также давления пара примеси, соответствующие инверсии типа проводимости и области стабилизации свойств.

Методом рентгеновского анализа исследованы струитурдоо характеристики легированных цинком и индием кристаллов твердого раствора. Подучены зависимости периода идентичности от со-

держания примеси при заданном отклонении состава кристаллов от стехиометрического. При увеличении концентрации цинка в . кристаллах наблюдали монотонное увеличение периода идентичности б пределы всей области растворимости цинка. Увеличение содержания индия в кристаллах сопровождалосьростом периода . идентичности только в области, соответствующей р-типу проводимости. При определенной критической концентрации индия (вблизи р-п-перохода) наблюдался скачок в изменении периода идентичности к резкое уширение рефлекса (800)..При дальнейшем увеличении концентрации индия структура-становится упорядоченной, период идентичности уменьшается.

На основании анализа ■ поведения концентрации носителей заряда, их подвижности и структурных характеристик о позиций квазихимической теории дефектов установлены механизмы вхождения примэсей в решетку твердого раствора и характер изменения пх в зависимости от концентрации основных типов собственных точечных дефектов и Уровня легирования, Показано, что, если концентрация примеоей (цинка и индия) меньше (или соизмерима) концентрации вакансий, то реализуется один и тот же механизм ." раотворения для'цинка и индия - заполнение вакансий металлической подрешетит твердого раствора. При этом атомы примесей проявляют ту же валентность, что и атомы собственных металлических компонентов. 3 области концентраций, превышающих концентрацию нестехлоштричеоких вакансий и приводяглих к ичяерсии типа проводимости, цинк внедряется преимущественно в меяузелькыо позиции, играя роль однократно ионизированного доноса. Растворимость цинка в узлах решетки полностью определяется концентрацией нестехиометркческих вакансий. Растворимость цинка выше, чем больше отклонение состава кристалла от стехиометри-чзского в сторону избытка теллура.

Индий в легированном твердом растьор': ■п-типа проводимое -ти, помимо узлов, заполняет междоузлия, образуя не^ра^ьные комплексы. Образование нейтрзлькых комплексов объясняет электрическую неактивность индия в области высоких кснуентреш.Я. В области критической концентрации индия, соотзетствукгдеЗ сгл чку nep:ic/,a идентичности имеет место кенпентгзплонный пэроход з твердом растворе. Кониеатрзлиенг-шй /д'пгч;} пароход об /слэзлол изменением яреобтада^оих структурны'-: гоз.'гцкй.*псия,

его зарядового.состояния и характера химической связи между индием и теллуром.

С использованием экспериментальных зависимостей концентрации носителей заряда от давления пара примесей и собственных компонентов рассчитаны константы равновесия, характеризующие процессы взаимодействия собственных и примесных точечных де- -фектов в кристаллах пр! участии газовой фазы. Получены количественные соотношения однозначно связывающие между собой условия легирования (температуру, давление пара примеси и собственных компонентов) с концентрациями дефектов и носителей заряда в твердых растворах. -

Четвертая глава посвящена исследованию диффузии цинка и индия из газовой фазы в кристаллы твердого раствора теллурида свинца - теллурида олова (Х= 0,18) в зависимости от. температуры процесса, активности примесей и собственных компонентов в газовой фаза. Дано обоснование методики проведения процесса диффузии примесей. Приведены температурные и концентрационные зависимости эффективных коэффициентов диффузии примесей. Сделано заключение о механизмах диффузии примесей.

Диффузию цинка и индия проводили в температурном интервале 693-873 К в кристаллы ( Р60,82 ¿Полв^-аТе^с различными исходными концентрациями носителей заряда (Рисх=2.10^.. .2.102®м_3). В процессе диффузионных отжигов поддерживали такие давления пара собственных металлических компонентов, которые отвечали равновесным значениям для концентрации носителей заряда в исходном материале. Таким образом, исключалась диффузия, собственных компонентов.

Измерение диффузионных профилей проводили с помощью локального тер.юзовдового метода и рентгеноспектрального микроанализа. Терлозондовый метод позволял исследовать' диффузию электрически активных атомов цинка и индия. Применение метода рент-геноспектравного микроанализа дало возможность исследовать диффузии индия в диапазоне более высоких концентраций, включая область стабилизации свойств. Исследование зависимости поверхностной концентрации носителей заряда от времени диффузии показано, что имеет место диффузия из постоянного источника не-ограничеыюй мощности.

Ус;гаиор.)<лю, что кониентр.мионное распределение примеси

по глубине образцов имеет сложный характер и зависит при постоянной температуре от уровня легирования (давление пара примеси) и концентрации собственных дефектов (давление пара собственных компонентов). Шявлены условия, при которых концентрационное-распределение аппроксимируется функцией ошибок Гаусса либо деформировано относительно нее.' Расчет коэффициентов диффузии по профилям соответствующим еуГс - функции, проводили из условия минимального среднеквадратичного отклонения экспериментальных точек от расчетных. Использование такой методики позволило проводить расчет коэффициентов диффузии примесей как по полному профилю, так и по его части. Обработку профилей, которые не описывались.постоянным коэффициентом диффузии, проводили методом Больцмана-Мотано путем графического интегрирования и дифференцирования диффузионного распределения пртмеси.

Анализ большого числа экспериментальных профилей-позволил выявить концентрационную зависимость эффективных коэффициентов диффузии цинка и индия. Установлено, что коэффициенты диффузии неоднозначно, связаны с содержанием примеси, а-зависят от соотношения концентраций точечных дефектов донорного и акцепторного типов. Последнее определяется одновременно как давлениями пара собственных металлических компонентов, так и примеси и обусловливает концентрацию носителей заряда в легированном материале.. Результаты многочисленных экспериментов показали, что влияние концентрации примеси и концентрации собственных дефектов можно описать одной зависимостью И = "ГГЕд-Р.П) . "...

В области высоких концентраций дырок (р > Ю24 м~3) имела место медленная диффузия примесей, в области низких концентра^ ций дырок и в п-области (для цинка) - быстрая диффузия. Ойреде-лены температурные зависимости эффективных коэффициентов быстрой и медленной диффузии, рассчитаны энергии активации соответствующих процессов.

На основании анализа температурных и концентрационных зависимостей коэффициентов диффузии сделано заключение о механизмах диффузии примесей и их связи с преобладающими типами точечных дефектов Структуры. В-кристаллах р-типа проводимости с ви-' сокой концентрацией дырок диффузия индия и цинка происходит о участием вакансий. Энергии активации примесей близки и составляют лЕ(Нп)- 1,08 эВ, ДЕ(1п) =1,03 эВ. Однако вакансионшгП

мехаплзм прямого обмена атома примеси и вакансии представляется'маловероятным, т.к. ближайшее вакантное место металлической подрешетки является соседом второго порядка по отношению к атому металла. Поэтому наиболее вероятным в этих' условиях является, диссоциативный (или ассоциативный) механизм диффузии примесей, который предполагает участие вакансий и междоуаяий. С понижением концентрации дырок (вблизи р-п-перехода) междоузлия начинают играть доминирующую роль в миграции примесей,т.к. заполнение их становится термодинамически выгоднпм. В области-п-типа проводимости диффузия цинка фактически осуществляется ' по прямому межузельному механизму. В случае диффузии индия в области низких концентраций носителей заряда реализуется, по-видимому, механизм непрямой межузельной конфигурации. В области высоких концентраций индия, при которых наблвдается стабилизация свойств, медленная диффузия индия связана с процессами комплексообразования.

. Проведен теоретический анализ процессов диффузии примесей с учетом модели преобладающих точечных дефектов и влияния внутреннего электрического поля, возникающего при неравномерном' распределении заряженных частиц. Диффузию примесей в ¡электрическом поле сводили к задаче свободной диффузии с эффективным коэффициентом, зависящим от концентрации носителей заряда. В результате получено выражение, связывающее эффективный коэффициент диффузии примеси с концентрацией собственных, и примесных дефектов, а соответственно и с концентрацией носителей заряда, хорошо описывающее экспериментальные результаты.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Установлены общие физико-химические закономерности изменения электрофизических и структурных свойств твердых растворов теллурида свинца - теллурида олова в зависимости от содержания примеси, концентрации собственных точечных дефектов и температуры процесса легирования цинком и индием из газовой фазы.

2. Установлены механизмы растворимости примесей (пинка, индия) в твердая растворах тел!урида свнниа - теллурида олова .1 характер изменения пх в зависимости от уровня легирования и огглоношн состава тьепдш рг.створов от стех;?опетрического.

Показано, что в области концентраций примеси, соизмеримых ■ (илй меньше) концентрации нестехиометрических вакансий для элементов П и Ш групп Периодической системы реализуется один и тот же мохолизм.растворения - заполнение вакансий металлической подрешетки. Для примесей различной химической природы механизм растворимости отличается только в области высбких концентраций, приводящих' к инверсии-типа проводимости.

Показано, что растворимость примесей зависит от концент-. рации нестехиометрических вакансий и тем вше, чем более высокая степень отклонения состава твердых растворов от стехиомет-ркческого в сторону избытка теллура.- .

3. При легировании кристаллов твердых растворов теллури-да овинца - теллурида олова индием обнаружен концентрационный' фазовый переход. Критическая концентрация индия, при-которой -происходит фазовый переход отвечает, п-типу проводимости (вблизи р-п-перехода). Природа фазового.перехода обусловлена изменением преобладающих'структурных позиций индия в решетке, его валентности и характера химической связи о теллуром.'-'

4.' С„ использованием экспериментальных зависимостей концентрации носителей заряда от давления пара примесей и собствен-, ных Компонентов рассчитаны константы равновесия, характеризующие процессы взаимодействия.собственных и примесных точечных дефектов о газовой фазой. Получены количественные соотношения, однозначно связывающие термодинамические условия легирования

о концентрациями точечных дефектов и носителей заряда.

5. Разработаны физико-химические основы и методика леги- ' рования твердых растворов теллурида свинца - теллурида олова 1 цинком и индием из газовой фазы, позволяющая воспроизводи*» управлять свойствами твердых растворов в широких пределах.

6. С использованием двух независимых методом (ЮНА и тер-мозондового) изучены характеристики процессов диффузия индия

и цинка в монокристаллы твердых раотзороз из газовой фазы.. Определены зависимости эффективных коэффициентов ди^пу'лга примесей от температуры и концентрации носителей заряда. Установлены механизмы диффузии цинка и индия а связь о типом и концентрацией преобладавших точечных дефектов в кристалл«;:.

По_теме диссертации оп£Йлиювшы_оледушще_работц-

1. Чу Чор, Чеснокова Д.Б., Камчатка М.И. /Исследование условий кристаллизации и легирования тц/зрдых растворов

Р6|-х5пхТе^// Изв.ЛЭТИ: Сб.науч.тр./Ленингр.алектротехн. ин-т шл. В.И.Ульянова (Ленина).- Л.,1991. йщ. 433 .-С. 24-27.

2. Чу Чор, Таиров Ю.М., Чеснокова Д.Б./ Диффузия цинка и свойства твердых растворов рбих^п^Тё// Материалы УШ Всесоюзного симпозиума по полупроводникам с узкой запрещенной зоной и полуметаллам. Сб.статей. - Львов, 1991. - С.106.

3. Чеснокова Д.Б.., Чу Чор // Механизмы диффузии примесей в твердые растворы Р6,.х Бпх Те^- // Первая национальная конференция "Дефекты в полупроводниках": Сб.статей. - Санкт- < Петербург, 1992. - С.95-96.

Подп. к печ.20.10.92. формат 60х84*/16. Офсетная печать. Печ.л. 0,75; уч.-издл£),75. Тираж 100 экз." ЗакЛ$32$

Ротапринт С.-Пб. ЭТУ 197376, Санкт-Петербург, ул.Проф.Попова, 5